RU2530377C2

RU2530377C2 - Method of creation of channel of variable width in woven preform

Info

Publication number: RU2530377C2
Application number: RU2011116268/12A
Authority: RU
Inventors: Кеннет УЭЛЛЕТТ; Джонатан ГОЕРИНГ; Брок ГИЛБЕРТСОН
Original assignee: Олбани Энджиниэрд Композитс, Инк.
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2014-10-10
Also published as: TW201024491A; EP2367674B1; AU2009311407A1; KR101700973B1; KR20110091707A; US20100105268A1; JP5608664B2; WO2010053754A1; CN102223997A; US8127802B2; MX2011004343A; CA2741794A1; ES2671375T3; CN104875293A; CA2741794C; JP2012507641A; ZA201103004B; EP2367674A1; BRPI0920627A2; AU2009311407B2

Abstract

FIELD: textiles, paper.

SUBSTANCE: preform has a three-dimensional woven configuration with the weft fibres interwoven with providing weaving layer-to-layer of the layers of warp fibres and weaving of fibres inside each layer. And at least two legs emerge from the base. The base and each leg comprise at least two layers of warp fibres. The legs may be parallel or located at an angle to each other or the channel of variable width can be between them. Preferably, the outer ends of the base and/or the legs are made in the form of narrowing formed by the end layers of warp fibres having a stepped pattern.

EFFECT: obtaining woven preform for use in reinforced composite material which may be woven smooth and folded in its final form.

16 cl, 7 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится, в основном, к тканым заготовкам и, в частности, к тканым заготовкам, используемым в армированном композитном материале, которые могут быть вытканы гладкими и сложены в окончательном виде без образования в заготовке нежелательных петель.The invention relates mainly to woven blanks and, in particular, to woven blanks used in a reinforced composite material, which can be woven smooth and folded in its final form without the formation of unwanted loops in the blank.

ВКЛЮЧЕНИЕ ССЫЛКОЙTURNING THE LINK ON

Все патенты, заявки на получение патентов, документы, цитированная литература, инструкции производителя, описания, технические требования к изделиям и технологические карты для всех изделий, упомянутых в настоящем описании, включены ссылкой в настоящее описание и могут быть использованы при реализации изобретения.All patents, patent applications, documents, cited literature, manufacturer's instructions, descriptions, product specifications and process cards for all products mentioned in the present description, are incorporated by reference in the present description and can be used in the implementation of the invention.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

В настоящее время широко распространено использование армированных композитных материалов в производстве компонентов конструкции, в частности, в таких областях, где желательными характеристиками являются: легкий вес, прочность, долговечность, термическая устойчивость, способность быть самонесущим и возможность придания формы. Такие компоненты используются, например, в авиакосмической и спутниковой промышленности, в сфере развлечений (например, в производстве гоночных катеров и автомобилей), а также в других отраслях промышленности.Currently, the widespread use of reinforced composite materials in the production of structural components, in particular in areas where the desired characteristics are: light weight, strength, durability, thermal stability, the ability to be self-supporting and the ability to shape. Such components are used, for example, in the aerospace and satellite industries, in the field of entertainment (for example, in the production of racing boats and cars), as well as in other industries.

Обычно такие компоненты содержат армирующие материалы, заделанные в материалы матрицы. Армирующий компонент может быть сделан из материалов, таких как стекло, углерод, керамика, арамид, полиэтилен и/или других материалов, имеющих желаемые физические, термические, химические и/или другие свойства, главным среди которых является высокая прочность под нагрузкой. Посредством использования таких армирующих материалов, которые в конечном счете становятся составляющим элементом законченного компонента, желательные характеристики армирующих материалов, такие как очень высокая прочность, придаются законченному композитному компоненту. Обычно, составляющие армирующие материалы могут быть ткаными, трикотажными или другими материалами, ориентированными на желаемые конфигурации и формы для армированных заготовок. Обычно, особое внимание уделяется обеспечению оптимальной реализации характеристик, для получения которых подобраны составляющие армирующие материалы. Обычно такие армирующие заготовки комбинируют с материалом матрицы для образования желательных законченных компонентов или для создания производственных запасов для окончательного производства законченных компонентов.Typically, such components contain reinforcing materials embedded in matrix materials. The reinforcing component may be made of materials such as glass, carbon, ceramics, aramid, polyethylene and / or other materials having the desired physical, thermal, chemical and / or other properties, the main among which is high strength under load. By using such reinforcing materials, which ultimately become an integral element of the finished component, the desired characteristics of the reinforcing materials, such as very high strength, are imparted to the finished composite component. Typically, the constituent reinforcing materials may be woven, knitted or other materials oriented to the desired configurations and shapes for the reinforced blanks. Usually, special attention is paid to ensuring the optimal implementation of the characteristics for which the components of reinforcing materials are selected. Typically, such reinforcing blanks are combined with matrix material to form the desired finished components or to create inventories for the final production of finished components.

После того как сконструирована желаемая армирующая заготовка, матричный материал может быть введен к заготовке или в нее, так что обычно армирующая заготовка полностью погружается в матричный материал, который заполняет промежутки между составляющими элементами армирующей заготовки. Матричный материал может быть выбран из широкого разнообразия материалов, таких как эпоксидная смола, полиэфир, виниловый эфир, керамика, углерод и и/или из других материалов, имеющих желаемые физические, термические, химические и/или другие свойства. Материалы, выбранные для использования в качестве материала матрицы, могут быть или не быть такими же, как материал армирующей заготовки, и могут иметь или могут не иметь сравнимые физические, термические, химические и/или другие свойства. Однако обычно они не будут сделаны из таких же материалов или не имеют сравнимые физические, термические, химические и/или другие свойства, поскольку при применении композитов обычно на первом месте стоит задача достичь комбинации характеристик в конечном продукте, которые невозможно получить посредством использования только одного составляющего материала. Затем, армирующая заготовка и матричный материал, комбинированные таким образом, могут быть отверждены и стабилизированы в ходе одной технологической операции посредством термического отвердения или другими известными способами, и далее подвергнуты другим операциям для производства желаемого компонента. Важно отметить, что на этом этапе после такого отверждения застывающая масса материала матрицы обычно очень сильно прилипает к армирующему материалу (например, к армирующей заготовке). В результате нагрузка на законченный компонент может эффективно передаваться к составляющему материалу армирующей заготовки, в частности через ее матричный материал, действующий как клеящее вещество между волокнами, и, таким образом, нагрузку несет составляющий материал армирующей заготовки.After the desired reinforcing blank has been constructed, the matrix material can be introduced into or into the blank, so that usually the reinforcing blank is completely immersed in the matrix material, which fills the gaps between the constituent elements of the reinforcing blank. The matrix material can be selected from a wide variety of materials, such as epoxy resin, polyester, vinyl ether, ceramic, carbon, and / or from other materials having the desired physical, thermal, chemical and / or other properties. Materials selected for use as matrix material may or may not be the same as the material of the reinforcing blank, and may or may not have comparable physical, thermal, chemical, and / or other properties. However, usually they will not be made of the same materials or do not have comparable physical, thermal, chemical and / or other properties, since when using composites, usually the first priority is to achieve a combination of characteristics in the final product that cannot be obtained by using only one component material. Then, the reinforcing billet and matrix material thus combined can be cured and stabilized during one process step by thermal curing or other known methods, and then subjected to other steps to produce the desired component. It is important to note that at this stage, after such curing, the hardening mass of the matrix material usually adheres very strongly to the reinforcing material (for example, to the reinforcing blank). As a result, the load on the finished component can be effectively transferred to the constituent material of the reinforcing blank, in particular through its matrix material, acting as an adhesive between the fibers, and thus, the load is carried by the constituent material of the reinforcing blank.

Зачастую необходимо производить компоненты с конфигурациями, отличными от простых геометрических форм, таких как (по существу) пластины, листы, прямоугольные или квадратные твердые тела и т.д. Способ изготовления таких компонентов заключается в комбинировании основных геометрических форм в желаемые более сложные формы. Одна такая типичная комбинация сделана объединением армирующих заготовок, изготовленных так, как описано выше, под углом (обычно под прямым углом) по отношению друг к другу. Обычно целями такого углового расположения объединенных армирующих заготовок является, например создание желаемой формы для образования армирующей заготовки, содержащей, по меньшей мере, один торец или, перегородку в форме буквы «Т», или усиление полученной комбинации армирующих заготовок и композитной структуры, против провеса или потери несущей способности по мере того, как она подвергается внешним воздействиям, таким как сдавливание или растяжение. В любом случае, все вышесказанное направлено на то, чтобы сделать каждое соединение между составляющими компонентами максимально прочным. Желаемая очень высокая прочность армирующей заготовки задана, по существу, ее компонентами, а слабость соединения действительно становится «слабым звеном» в «структурной цепи».Often it is necessary to produce components with configurations other than simple geometric shapes, such as (essentially) plates, sheets, rectangular or square solid bodies, etc. A method of manufacturing such components consists in combining the basic geometric shapes into the desired more complex shapes. One such typical combination is made by combining reinforcing blanks made as described above at an angle (usually at a right angle) with respect to each other. Typically, the objectives of such an angular arrangement of the combined reinforcing blanks are, for example, to create the desired shape to form a reinforcing blank containing at least one end or a partition in the shape of the letter “T”, or to reinforce the resulting combination of reinforcing blanks and a composite structure, against sag or loss of bearing capacity as it is exposed to external influences, such as squeezing or stretching. In any case, all of the above is aimed at making each connection between the component components as strong as possible. The desired very high strength of the reinforcing billet is set essentially by its components, and the weakness of the joint really becomes the "weak link" in the "structural chain".

Пример конфигурации пересечения раскрыт в патенте US 6103337, ссылка на который означает, что его содержание полностью включено в текст настоящего описания. В данном патенте раскрыто эффективное средство соединения вместе двух армирующих пластин в форме буквы «Т».An example of an intersection configuration is disclosed in US Pat. No. 6,103,337, the reference to which means that its contents are fully incorporated into the text of the present description. This patent discloses an effective means of joining together two reinforcing plates in the form of the letter "T".

В прошлом сделано много разных предложений для создания таких соединений. Было предложено образовать и отвердить панельный элемент и угловой элемент жесткости отдельно друг от друга, с последующим получением одной панельной контактной поверхности, или с последующем раздвоением одного конца с образованием двух расходящихся панельных контактных поверхностей, расположенных в одной плоскости. Затем два компонента соединяют приклеиванием контактной поверхности или контактных поверхностей и элемента жесткости к контактной поверхности другого компонента с использованием термического клея или другого клеящего вещества. Однако, когда приложено напряжение к отвержденной панели или к поверхностному слою композитной структуры, даже нагрузки на неприемлемо низком уровне вызывают возникновение поверхностных сил, отделяющих элемент жесткости от панели в контактной поверхности, поскольку эффективная прочность соединения соответствует матричному материалу, а не клеящему веществу.In the past, many different proposals have been made for creating such compounds. It was proposed to form and harden the panel element and the angular stiffener separately from each other, with the subsequent receipt of one panel contact surface, or with the subsequent bifurcation of one end with the formation of two diverging panel contact surfaces located in the same plane. Then, the two components are connected by gluing the contact surface or contact surfaces and the stiffener to the contact surface of another component using thermal glue or other adhesive. However, when voltage is applied to the cured panel or to the surface layer of the composite structure, even loads at an unacceptably low level cause surface forces to separate the stiffening element from the panel in the contact surface, since the effective bond strength corresponds to the matrix material and not the adhesive.

Использование металлических болтов или заклепок на поверхности таких компонентов недопустимо, так как такие дополнительные элементы по меньшей мере частично разрушают и ослабляют целостность самих композитных структур, добавляют вес и вносят разницу в коэффициент теплового расширения как между этими элементами, так и с окружающим материалом.The use of metal bolts or rivets on the surface of such components is unacceptable, since such additional elements at least partially destroy and weaken the integrity of the composite structures themselves, add weight and make a difference in the coefficient of thermal expansion both between these elements and with the surrounding material.

Другие способы решения данной проблемы основаны на концепции введения высокопрочных волокон поперек участка соединения посредством использования таких способов, как сшивание компонентов друг с другом, рассчитывая что такие сшивающие нити введут усиливающие волокна внутрь и поперек места соединения. Один такой способ раскрыт в патенте США №4331495 и его выделенной заявке, патенте США №4256790. В этих патентах раскрыты соединения, сделанные между первой и второй композитными панелями, выполненными из склеенных волоконных слоев. Первая панель с одного конца известным способом раздвоена с образованием двух расходящихся панельных контактных поверхностей, расположенных в одной плоскости, которые соединены со второй панелью стежками неотвержденной гибкой композитной нити, проходящей через обе панели. Затем панели и нить вместе отверждают, т.е. одновременно отверждают. Другой способ улучшить прочность соединения раскрыт в патенте США №5429853.Other ways to solve this problem are based on the concept of introducing high-strength fibers across the joint area by using methods such as stitching the components together, with the expectation that such cross-linking threads introduce reinforcing fibers in and across the joint. One such method is disclosed in US patent No. 4331495 and its highlighted application, US patent No. 4256790. These patents disclose connections made between the first and second composite panels made of glued fiber layers. The first panel is bifurcated from one end in a known manner to form two diverging panel contact surfaces located in the same plane, which are connected to the second panel by stitches of an uncured flexible composite thread passing through both panels. Then the panels and the thread are cured together, i.e. at the same time cure. Another way to improve the strength of the connection is disclosed in US patent No. 5429853.

В то же время в уровне техники происходит поиск решения для улучшения структурной целостности армированного композита, в частности, успешное решение раскрыто в патенте США №6103337, тем не менее остается потребность его улучшения, или в переносе задачи на использование способа, отличного от применения клеящих веществ или механического соединения. В этой связи, одним из подходов, может быть создание тканой трехмерной ("3D") структуры с использованием специализированных машин. Однако потребуются значительные расходы, и редко будет желательным иметь ткацкий станок, направленный на создание простой структуры. Несмотря на это, трехмерные заготовки, которые могут быть переработаны в волоконные армированные композитные компоненты востребованы, так как они обеспечивают повышенную прочность по сравнению с известными двухмерными слоистыми композитами. В частности, такие заготовки полезны в таких областях применения, где от композитов требуется нести боковые нагрузки. Однако вышеупомянутые известные заготовки ограничены в способности выдерживать большие боковые нагрузки, должны быть вытканы на ткацком станке в автоматическом режиме и обуславливают различную толщину частей заготовки. Конструкция переплетения и автоматизация плетения заготовки происходила в самом начале и обеспечивала только небольшое преимущество перед известными слоистыми, сплетенными из волокон композитами, ограничивая эксплуатационную гибкость заготовок.At the same time, in the prior art, a solution is sought to improve the structural integrity of the reinforced composite, in particular, a successful solution is disclosed in US Pat. No. 6103337, however, there remains a need to improve it, or to transfer the task to using a method other than the use of adhesives or mechanical connection. In this regard, one of the approaches may be the creation of a woven three-dimensional ("3D") structure using specialized machines. However, significant costs will be required, and it will rarely be desirable to have a loom aimed at creating a simple structure. Despite this, three-dimensional blanks that can be processed into fiber reinforced composite components are in demand, as they provide increased strength compared to the known two-dimensional layered composites. In particular, such blanks are useful in applications where composites are required to bear lateral loads. However, the aforementioned known preforms are limited in their ability to withstand large lateral loads, must be woven on a weaving machine in an automatic mode, and cause different thicknesses of parts of the preform. The design of weaving and automation of weaving of the workpiece took place at the very beginning and provided only a slight advantage over the known layered fiber-woven composites, limiting the operational flexibility of the workpieces.

Другой способ заключается в том, чтобы выткать двухмерную ("2D") структуру и сложить ее в трехмерном ("3D") виде. Однако обычно это вызывает деформацию частей, при складывании заготовки. Деформация происходит из-за того, что длина волокон, при переплетении, отлична от той длины волокон, которая необходима при сложении. Как следствие, образуются волнообразные складки на участках, где длина волокон вытканных слишком короткая, и стяжки на участках, где длина волокон слишком длинная. Пример тканой конфигурации трехмерной заготовки, которая может вызвать возникновение складок или петель на сгибах, на которых сложена заготовка, раскрыт в патенте США №6874543, ссылка на который означает, что его содержание полностью включено в текст настоящего описания. Волоконные заготовки со специфическими структурными формами, такими как, например, с поперечными сечениями в форме букв 'Т', 'I', 'Н' или 'П', могут быть вытканы на традиционном челночном ткацком станке, и в нескольких известных патентах раскрыт способ плетения таких структур (например, в патентах США №6446675 и №6712099). Однако известные заготовки сконструированы, так что поперечное сечение постоянное в направлении волокон основы.Another way is to weave a two-dimensional ("2D") structure and fold it into a three-dimensional ("3D") form. However, this usually causes deformation of the parts when folding the workpiece. The deformation is due to the fact that the length of the fibers, when weaving, is different from the length of the fibers that is necessary during folding. As a result, wave-like folds are formed in areas where the length of the woven fibers is too short, and ties in areas where the fiber length is too long. An example of a woven configuration of a three-dimensional blank, which can cause wrinkles or loops on the folds on which the blank is folded, is disclosed in US Pat. No. 6,845,443, the reference to which means that its contents are fully incorporated into the text of the present description. Fiber blanks with specific structural forms, such as, for example, with cross sections in the form of the letters 'T', 'I', 'H' or 'P', can be woven on a traditional shuttle loom, and several known patents disclose a method weaving such structures (for example, in US patent No. 6446675 and No. 6712099). However, the known preforms are designed so that the cross section is constant in the direction of the warp fibers.

Данные заготовки зачастую обрабатывают с образованием композитных компонентов с использованием армирующих способов, таких как, например, метод инжекции смолы в закрытую форму (RTM процесс), и используют как элементы жесткости и/или соединительные элементы в конструкции самолета. В случае П-образной заготовки, балку обычно вставляют в промежуток между вертикальными ножками, т.е. в канал.Канал постоянной ширины подходит для многих областей применения. Однако в некоторых случаях это не выгодно. Например, для канала постоянной ширины необходимо наличие балки равномерной толщины, и эта толщина должна быть установлена в соответствии с наиболее нагруженном участке структуры. Это значит, что потенциальное снижение веса, которого можно было бы достичь утончением балки на менее нагруженных участках, не может быть реализовано.These blanks are often processed to form composite components using reinforcing methods, such as, for example, the injection method of resin into a closed mold (RTM process), and used as stiffeners and / or connecting elements in the aircraft structure. In the case of a U-shaped blank, the beam is usually inserted into the gap between the vertical legs, i.e. per channel. A constant-width channel is suitable for many applications. However, in some cases this is not beneficial. For example, for a channel of constant width, a beam of uniform thickness is required, and this thickness must be set in accordance with the most loaded section of the structure. This means that the potential weight loss that could be achieved by thinning the beam in less stressed areas cannot be realized.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

В изобретении предложен способ плетения волоконной заготовки с ножками, так что ножки необязательно параллельны друг другу. Например, согласно одному варианту реализации изобретения предложена П-образная заготовка с каналом переменной ширины, т.е. с возможностью изменения ширины между вертикальными ножками в продольном направлении заготовки.The invention provides a method for weaving a fiber preform with legs, so that the legs are not necessarily parallel to each other. For example, according to one embodiment of the invention, a U-shaped blank with a channel of variable width, i.e. with the possibility of changing the width between the vertical legs in the longitudinal direction of the workpiece.

Канал переменной ширины получают путем выборочного удаления некоторых волокон основы из частей заготовки, образующих вертикальные ножки, с одновременным добавлением волокон основы к другим участкам. Для того, чтобы увеличить ширину канала, волокна основы удаляют у основания вертикальной ножки и добавляют у вершины. Может быть сделано обратное действие для уменьшения ширины канала.A variable-width channel is obtained by selectively removing some warp fibers from parts of the preform forming vertical legs, while simultaneously adding warp fibers to other areas. In order to increase the width of the channel, the base fibers are removed at the base of the vertical legs and added at the top. The opposite action can be taken to reduce the channel width.

Кроме того, способ согласно настоящему изобретению может быть использован для образования других форм поперечного сечения, таких как в форме буквы «Т», или Т-образного элемента жесткости, имеющего переднюю часть в форме буквы «Т», проходящую под углом относительно верхней части буквы «Т», или других форм, таких как в форме букв «Н» или "I". Способ согласно настоящему изобретению может быть использован для плетения заготовок с ножками различной толщины или различной высоты, которые могут быть параллельны друг другу или расположены под углом друг к другу. Заготовка может быть выткана с использованием любого подходящего рисунка плетения для волокна основы, т.е. переплетением слой-к-слою, угловым переплетением через толщину, ортогональным переплетением и т.д. Хотя предпочтительно использовать углеродное волокно, изобретение применимо практически к любым волокнам другого типа.In addition, the method according to the present invention can be used to form other cross-sectional shapes, such as in the shape of the letter “T”, or a T-shaped stiffener having a front part in the shape of the letter “T” extending at an angle relative to the upper part of the letter “T”, or other forms, such as in the form of the letters “H” or “I”. The method according to the present invention can be used to weave blanks with legs of different thicknesses or different heights, which can be parallel to each other or located at an angle to each other. The preform can be woven using any suitable weave pattern for the warp fiber, i.e. layer-to-layer weaving, angular weaving through thickness, orthogonal weaving, etc. Although carbon fiber is preferred, the invention is applicable to virtually any other type of fiber.

Следовательно, целью изобретения является создание трехмерной заготовки, имеющей конструкцию, отличную от известных заготовок и/или улучшенную в сравнении с ними и/или с известными армированными композитными структурами.Therefore, the aim of the invention is to provide a three-dimensional workpiece having a structure different from the known workpieces and / or improved in comparison with them and / or with the known reinforced composite structures.

Еще одной целью изобретения является обеспечение нового способа изготовления трехмерной заготовки улучшенного качества, в котором исключено образование петли и сокращено время плетения посредством замены пяти перемещений челнока тремя, с обеспечением создания улучшенной заготовки за более короткое время.Another objective of the invention is the provision of a new method of manufacturing a three-dimensional workpiece of improved quality, which eliminates the formation of a loop and reduces the weaving time by replacing five movements of the shuttle with three, with the creation of an improved workpiece in a shorter time.

Еще одной целью изобретения является создание такой трехмерной заготовки, которая может быть сложена в окончательном виде без деформации волокон, содержащихся в заготовке.Another objective of the invention is the creation of such a three-dimensional preform, which can be folded in its final form without deformation of the fibers contained in the preform.

Еще одной целью изобретения является создание трехмерной заготовки, которая особенно полезна при образовании П-образных армированных композитов.Another objective of the invention is the creation of a three-dimensional blank, which is especially useful in the formation of U-shaped reinforced composites.

Эти и другие цели достигнуты и получены преимущества благодаря созданию трехмерной тканой заготовки, которая может быть выткана гладкой и затем сложена в окончательном виде перед пропитыванием смолой без создания нежелательной деформации волокон. Этого достигают посредством регулирования длины волокон в процессе плетения, так что происходит выравнивание длин волокон, при сложении заготовки в окончательном виде обеспечивающем гладкий переход на сгибе. Такой способ, который особенно подходит для образования П-образных тканых заготовок, может быть использован для образования заготовок разных форм. Кроме того, несмотря на то, что описаны тканые заготовки, специалисту очевидна применимость способа для создания нетканых заготовок, таких как сплетенные с использованием тесьмы или соединенные сшиванием.These and other goals have been achieved and advantages have been obtained by creating a three-dimensional woven blank that can be woven smooth and then folded in its final form before impregnation with resin without creating undesired fiber deformation. This is achieved by adjusting the length of the fibers during the weaving process, so that the fiber lengths are aligned, when the workpiece is folded in its final form, providing a smooth transition at the bend. Such a method, which is particularly suitable for the formation of U-shaped woven blanks, can be used to form blanks of various shapes. In addition, although woven blanks have been described, it will be apparent to those skilled in the art that the method is suitable for creating non-woven blanks, such as braided or sewn together.

Соответственно, в одном варианте реализации предложена заготовка для механических или структурных соединений, обладающих трехмерной тканой конфигурацией, с волокнами утка, обеспечивающими переплетение слоев волокон основы слой-к-слою, а также переплетение волокон внутри каждого слоя. Тканая заготовка передает боковую нагрузку через направленные волокна, чтобы минимизировать натяжение между слоями. Заготовка содержит основание и по меньшей мере две ножки, выходящие из основания, причем и основание и ножки содержат по меньшей мере два слоя волокон основы.Accordingly, in one embodiment, a blank is provided for mechanical or structural compounds having a three-dimensional woven configuration with weft fibers, which provide interlacing of layers of base fibers layer by layer, as well as interlacing of fibers within each layer. The woven blank transfers lateral load through the directional fibers to minimize tension between the layers. The preform comprises a base and at least two legs extending from the base, the base and legs comprising at least two layers of base fibers.

Волокна утка следуют рисунку плетения, который направляет их через часть основания, затем внутрь ножек и в конце через противоположную часть основания. Ножки могут быть соединены с симметричным распределением столбцов в пересечении, с нечетным числом столбцов волокон основы, расположенных между ножками. Однако заготовка может иметь несимметричную структуру, с ножками одинаковой или неодинаковой длины. Кроме того, заготовка может иметь четное количество столбцов волокон основы, расположенных между ножками, и ножки могут быть перпендикулярны или не перпендикулярны основанию, или расположены под углом к нему. Ножки могут быть параллельны друг другу или расположены под углом друг к другу, или между ними может быть канал переменной ширины. Предпочтительно, наружные концы основания и/или ножек выполнены в виде сужений, образованных из слоев волокон основы, имеющих ступенчатый рисунок.Duck fibers follow a weaving pattern that directs them through a portion of the base, then into the legs and finally through the opposite portion of the base. The legs can be connected with a symmetrical distribution of columns at the intersection, with an odd number of columns of warp fibers located between the legs. However, the workpiece may have an asymmetric structure, with legs of the same or unequal length. In addition, the preform may have an even number of columns of base fibers located between the legs, and the legs may be perpendicular or not perpendicular to the base, or located at an angle to it. The legs can be parallel to each other or located at an angle to each other, or between them can be a channel of variable width. Preferably, the outer ends of the base and / or legs are made in the form of constrictions formed from layers of base fibers having a stepped pattern.

Еще в одном варианте реализации предложен способ образования заготовки для использования в армированных композитных материалах. Заготовку образуют с трехмерной тканой конфигурацией с волокнами утка, обеспечивающими переплетение слоев из волокон основы слой-к-слою, а также переплетение волокон внутри каждого слоя. Тканая заготовка передает боковую нагрузку через направленные волокна, чтобы минимизировать натяжение между слоями. Заготовка содержит основание и по меньшей мере две ножки, выходящие из основания, причем и основание и ножки содержат по меньшей мере два слоя волокон основы. Волокна утка следуют рисунку плетения, который направляет их через часть основания, затем внутрь ножек и в конце через противоположную часть основания. Ножки могут быть соединены с симметричным или несимметричным распределением столбцов в пересечения, с четным или нечетным числом столбцов волокон основы, расположенных между ножками. Ножки могут быть перпендикулярны или не перпендикулярны основанию, или расположены под углом к нему. Ножки могут быть параллельны друг другу или расположенными под углом друг к другу, и/или между ними могут быть каналы переменной ширины. Предпочтительно, наружные концы основания и/или ножек выполнены в виде сужений, образованных из конечных слоев волокон основы, имеющих ступенчатый рисунок.In yet another embodiment, a method for forming a preform for use in reinforced composite materials is proposed. The preform is formed with a three-dimensional woven configuration with weft fibers, providing interweaving of layers of the fibers of the base layer-to-layer, as well as interweaving of fibers within each layer. The woven blank transfers lateral load through the directional fibers to minimize tension between the layers. The preform comprises a base and at least two legs extending from the base, the base and legs comprising at least two layers of base fibers. Duck fibers follow a weaving pattern that directs them through a portion of the base, then into the legs and finally through the opposite portion of the base. The legs can be connected with a symmetric or asymmetric distribution of the columns at the intersection, with an even or odd number of columns of base fibers located between the legs. The legs can be perpendicular or not perpendicular to the base, or are located at an angle to it. The legs can be parallel to each other or located at an angle to each other, and / or between them can be channels of variable width. Preferably, the outer ends of the base and / or legs are made in the form of constrictions formed from the final layers of warp fibers having a stepped pattern.

Для лучшего понимания изобретения, его функциональных преимуществ и специфических целей, достигаемых благодаря его использованию, сделаны ссылки на прилагаемые чертежи, на которых показаны предпочтительные варианты реализации, приведенные только в иллюстративных целях, а не для ограничения.For a better understanding of the invention, its functional advantages and specific goals achieved through its use, references are made to the accompanying drawings, which show preferred embodiments shown for illustrative purposes only and not for limitation.

Термины «содержащий» и «содержит», используемые в настоящем описании, означают то же самое, что и термины «включающий в себе» и «включает в себя» или имеют значение, данное для терминов «содержащий» и «содержит» в Патентном Законодательстве США. Термины «состоящий по существу» или «по существу состоящий из», используемые в формуле изобретения, имеют значение, данное для них в Патентном Законодательстве США. Другие аспекты изобретения описаны или очевидны из последующего описания (в пределах объема изобретения).The terms “comprising” and “contains”, used in the present description, mean the same as the terms “including” and “includes” or have the meaning given to the terms “comprising” and “contains” in Patent Law USA. The terms “consisting essentially of” or “essentially consisting of,” as used in the claims, have the meaning given to them in US Patent Law. Other aspects of the invention are described or apparent from the following description (within the scope of the invention).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Прилагаемые чертежи, включенные для лучшего понимания изобретения, являются неотъемлемой частью настоящего описания. На представленных чертежах показаны различные варианты реализации изобретения, которые вместе с описанием служат для раскрытия принципов изобретения.The accompanying drawings, included for a better understanding of the invention, are an integral part of the present description. The presented drawings show various embodiments of the invention, which together with the description serve to disclose the principles of the invention.

На фиг.1 показан схематический вид с торца П-образной заготовки, на котором изображено образование полных прокидок челнока и конфигурация волокон в этом месте согласно одному варианту реализации изобретения.Figure 1 shows a schematic end view of a U-shaped blank, which depicts the formation of full prokidok shuttle and the configuration of the fibers in this place according to one embodiment of the invention.

На фиг.2а и 2b соответственно показаны заготовка согласно изобретению и известная заготовка, соответственно.2a and 2b respectively show a preform according to the invention and a known preform, respectively.

На фиг.3 показан схематический вид с торца П-образной заготовки, на котором изображена конфигурация волокон в этом месте согласно одному варианту реализации изобретения.Figure 3 shows a schematic end view of a U-shaped blank, which shows the configuration of the fibers in this place according to one embodiment of the invention.

На фиг.4 схематически показано поперечное сечение П-образной заготовки с ножками в вертикальном положении согласно одному варианту реализации изобретения.4 schematically shows a cross section of a U-shaped workpiece with legs in a vertical position according to one embodiment of the invention.

На фиг.5а-5f показаны схематические виды с торца рисунков переплетения или конфигураций волокон П-образных заготовок с, каналом переменной ширины согласно одному варианту реализации изобретения.Figures 5a-5f show schematic end views of weave patterns or fiber configurations of U-shaped blanks with a channel of variable width according to one embodiment of the invention.

На фиг.6а и 6b показана П-образная заготовка переменной ширины до (а) и после (b) отрезания плавающих волокон согласно одному варианту реализации изобретения.6a and 6b show a U-shaped blank of variable width before (a) and after (b) cutting floating fibers according to one embodiment of the invention.

На фиг.7 показан вид сверху зоны перехода в П-образной заготовке с каналом переменной ширины согласно одному варианту реализации изобретения.7 shows a top view of the transition zone in a U-shaped blank with a channel of variable width according to one embodiment of the invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

На фиг.1, 2а, 3 и 4 показан предпочтительный вариант реализации трехмерной заготовки 100. Заготовка 100 образована переплетением, по меньшей мере, одного волокна 114 утка в рисунке с волокнами 116 основы, которые проходят перпендикулярно к плоскости рисунка. На фиг.1 и 3 показан полный рисунок, используемый для образования П-образной заготовки 100, в котором волокна 114 утка показаны в плоскости наблюдения, волокна 116 основы показаны перпендикулярными к плоскости наблюдения. Волокна 114, 116 показаны расположенными на расстоянии друг от друга на схематических видах конфигурации, хотя волокна 114, 116 плотно уложены вместе, при фактическом плетении законченной заготовки 100.1, 2a, 3 and 4 show a preferred embodiment of a three-dimensional blank 100. The blank 100 is formed by interlacing at least one weft fiber 114 in a pattern with warp fibers 116 that extend perpendicular to the plane of the pattern. 1 and 3 show the full pattern used to form the U-shaped blank 100, in which the weft fibers 114 are shown in the observation plane, the warp fibers 116 are shown perpendicular to the observation plane. The fibers 114, 116 are shown spaced apart in schematic configurations, although the fibers 114, 116 are tightly stacked together while actually weaving the finished workpiece 100.

Как показано на фиг.1, все волокна 116 основы заготовки 100, по существу, параллельны друг другу, с легкой волнистостью в продольном направлении вдоль каждого волокна 116, по существу расположены в вертикальных столбцах. Предпочтительно, заготовка 100 выткана из материалов, используемых для типичных композитных структур, например стекловолокна и углеродных волокон, и содержит основание 120 и по меньшей мере две ножки 125 и 135, выходящие из основания 120 с образованием П-образного профиля. Ножки 125 и 135 могут быть перпендикулярны или не перпендикулярны основанию 120, или расположены под углом к нему. Основание 120 и каждая ножка 125 и 135 содержат по меньшей мере два слоя волокон 116 основы и, как показано, при необходимости содержит дополнительные суженные концы. Для облегчения плетения заготовка 100 выткана с ножками 125 и 135, лежащими поверх основания 120, хотя ножки 125 и 135 предназначены для использования в вертикальном положении с образованием канала 150, например показанного на фиг.4. Основание 120 показано содержащим восемь слоев волокон 116 основы, и ножки 125 и 135 показаны содержащими четыре слоя волокон 116 основы.As shown in FIG. 1, all of the base fibers 116 of the preform 100 are substantially parallel to each other, with slight undulations in the longitudinal direction along each fiber 116, are substantially arranged in vertical columns. Preferably, the preform 100 is woven from materials used for typical composite structures, such as fiberglass and carbon fibers, and contains a base 120 and at least two legs 125 and 135 extending from the base 120 to form a U-shaped profile. The legs 125 and 135 may be perpendicular or not perpendicular to the base 120, or are located at an angle to it. The base 120 and each leg 125 and 135 contain at least two layers of base fibers 116 and, as shown, optionally have further tapered ends. To facilitate weaving, the workpiece 100 is woven with legs 125 and 135 lying on top of the base 120, although the legs 125 and 135 are designed to be used in an upright position to form a channel 150, such as shown in FIG. 4. The base 120 is shown containing eight layers of base fibers 116, and the legs 125 and 135 are shown containing four layers of base fibers 116.

Дополнительно, как это показано, волокна 116 основы в основании 120 обладают меньшим поперечным сечением, чем волокна 116 основы в ножках 125 и 135. Благодаря использованию более маленьких волокон 116 основы только в основании 120, а не в ножках 125 и 135, минимизировано увеличение времени, необходимого для плетения конфигурации на ткацком станке, так как при этом все еще обеспечено более прочное основание 120 в заготовке 100, из-за большого количества переплетений волокон 116 основы.Additionally, as shown, the base fibers 116 in the base 120 have a smaller cross-section than the base fibers 116 in the legs 125 and 135. By using the smaller base fibers 116 in the base 120 only and not in the legs 125 and 135, the increase in time is minimized necessary for weaving the configuration on the weaving machine, since it still provides a stronger foundation 120 in the workpiece 100, due to the large number of weaves of the warp fibers 116.

Как показано на фиг.1, заготовка 100 показана с рисунком плетения, начинающимся на одном конце 105 основания 120, который показан на левой стороне основания 120. В типичной части рисунка плетения волокно 114 утка периодически меняет положение, находясь выше и ниже волокон 116 основы одного слоя, во время каждого перехода вправо, тем самым переплетаясь с волокнами 116 основы этого слоя. Кроме того, в типичной части рисунка плетения волокно 114 утка периодически меняет положение, находясь выше и ниже волокон 116 основы одного слоев, во время каждого перехода вправо с переплетением волокон 116 этого слоя. Кроме того, в типичной части рисунка плетения волокно 114 утка периодически меняет положение, находясь выше и ниже волокон 116 основы двух смежных слоев, во время каждого перехода влево, с переплетением слоев друг с другом. Как показано на чертежах и ниже описано, части рисунка плетения, включающие участки, расположенные внутри ножек 125 и 135, расположенные на краях и на наружных поверхностях заготовки 100 могут отличаться отданного рисунка плетения.As shown in FIG. 1, the preform 100 is shown with a weaving pattern starting at one end 105 of the base 120, which is shown on the left side of the base 120. In a typical part of the weaving pattern, the weft fiber 114 periodically changes position, being above and below the base fibers 116 of one layer, during each transition to the right, thereby intertwining with the fibers 116 of the base of this layer. In addition, in a typical part of the weaving pattern, the weft fiber 114 periodically changes position, being above and below the base fibers 116 of one layer, during each transition to the right with the weaving of the fibers 116 of this layer. In addition, in a typical part of the weaving pattern, the weft fiber 114 periodically changes position, being above and below the warp fibers 116 of two adjacent layers, during each transition to the left, with the layers interwoven with each other. As shown in the drawings and described below, parts of the weave pattern, including portions located inside the legs 125 and 135, located on the edges and on the outer surfaces of the workpiece 100, may differ from the weave pattern.

Как показано на фиг.1, основной рисунок плетения начинается с волокна 114 утка в положении А и проходит к центру основания 120 и затем к внешней стороне 112 одной из ножек 135 в положение В1. Затем волокно 114 утка проходит к положению С на дальнем правом конце справа от ножки 135. Из положения С волокно 114 утка проходит обратно вдоль той же линии к центру основания, из которого волокно 114 утка проходит вниз в основание 120 и обратно к внешней стороне 112 другой ножки 125 к положению D на самом дальнем левом конце ножки 125. Затем волокно 114 утка вьется обратно вдоль той же линии к центру основания 120 и проходит обратно в основание 120 в положение В2, проходит через центральные столбцы волокон 116 основы, расположенные между ножками 125 и 135, затем обратно в основание 120 в положение Е и достигает положения F на другом конце 115 основания 120. Таким образом образован полный рисунок плетения волокон 114 утка, который, в основном, комбинирует четыре полупрокидки вместе с тремя полными прокидками, как показано на фиг.1. Конечные слои волокон 116 основы, имеющие ступенчатый рисунок, образуют суженные концы основания 120 и ножках 125 и 135, такие как сужение 124 на левой боковой кромке основания 120 и сужение 126 на ножке 135.As shown in FIG. 1, the main weaving pattern begins with the weft fiber 114 in position A and extends to the center of the base 120 and then to the outside 112 of one of the legs 135 to position B1. Then, the weft fiber 114 passes to position C at the far right end to the right of the leg 135. From the C position, weft fiber 114 runs back along the same line to the center of the base, from which weft fiber 114 passes down to the base 120 and back to the outside 112 of the other legs 125 to position D at the farthest left end of leg 125. Then, the weft fiber 114 curls back along the same line to the center of the base 120 and passes back to the base 120 to position B2, passes through the central columns of warp fibers 116 located between the legs 125 and 135, then about Conversely in the base 120 to a position E and reaches position F at the other end 115 of foundation 120. Thus is formed the complete pattern of weaving the weft fibers 114, which basically combines four poluprokidki with three complete insertion as shown in Figure 1. The final layers of warp fibers 116 having a stepped pattern form the tapered ends of the base 120 and legs 125 and 135, such as the narrowing 124 on the left side edge of the base 120 and the narrowing 126 on the leg 135.

Для того чтобы закончить одну ячейку, или вертикальную секцию, проходы волокон 114 утка поперек заготовки 100 повторяют для смежных слоев волокон 116 основы до тех пор, пока не будут переплетены все слои. Рисунок утка повторяют для образования смежных вертикальных секций с созданием непрерывной длины заготовки. Однако переплетение слоев необязательно, и основание 120 и/или ножки 125 и 135 заготовки 100 могут быть разделены на отдельные слои.In order to complete one cell, or vertical section, the passages of the weft fibers 114 across the preform 100 are repeated for adjacent layers of warp fibers 116 until all layers are intertwined. The duck pattern is repeated to form adjacent vertical sections to create a continuous workpiece length. However, interlacing of the layers is optional, and the base 120 and / or the legs 125 and 135 of the workpiece 100 can be divided into separate layers.

В частности, на фиг.3 показан рисунок плетения, используемый для образования ножек 125 и 135 и основания 120 в П-образной заготовке 100. Основание 120 показано с восемью слоями волокон 116 основы, а ножки 125 и 135 показаны с четырьмя слоями волокон 116 основы, хотя рисунок может быть изменен с образованием большего или меньшего количества слоев волокон основы в основании 120 и в ножках 125 и 135. Другими словами, основание 120 может содержать больше слоев, чем каждая ножка 125 и 135, или наоборот. Рисунок плетения обеспечивает переплетение волокон 116 основы внутри слоя и переплетение волокон основы между слоями. Смежные слои переплетены протяжкой части волокон 114 утка выше волокон 116 основы в первом слое в первом столбце и ниже волокон основы в соседнем втором столбце, причем второй слой расположен ниже первого слоя. Ножки 125 и 135 вытканы лежащими сверху в горизонтальном положении, как показано на чертежах, когда рисунок выткан. В процессе установки каждую ножку 125 и 135 перемещают в вертикальное стоящее положение, ширина каждой ножки 125 и 135 в вертикальном положении составляет четыре слоя.In particular, FIG. 3 shows a weaving pattern used to form the legs 125 and 135 and the base 120 in the U-shaped blank 100. The base 120 is shown with eight layers of warp fibers 116, and the legs 125 and 135 are shown with four layers of warp fibers 116 although the pattern can be changed to form more or fewer layers of base fibers in the base 120 and in the legs 125 and 135. In other words, the base 120 may contain more layers than each leg 125 and 135, or vice versa. The weave pattern provides interlacing of warp fibers 116 within the layer and interlacing of warp fibers between the layers. Adjacent layers are interlaced by drawing a portion of the weft fibers 114 above the warp fibers 116 in the first layer in the first column and below the warp fibers in the adjacent second column, the second layer being located below the first layer. Legs 125 and 135 are woven lying horizontally on top, as shown in the drawings, when the pattern is woven. During installation, each leg 125 and 135 is moved to a vertical standing position, the width of each leg 125 and 135 in the vertical position is four layers.

Заготовка 100 улучшена по сравнению с известными ткаными заготовками в части обеспечения более симметричного распределенного пересечения ножек 125 и 135 с основанием 120. Основание 120 содержит три центральных столбца волокон основы и два разделительных столбца волокон основы, смежных центральными столбцами с каждой боковой стороны центральных столбцов. Использование нечетного количества центральных столбцов позволяет соткать, по существу, зеркальное отображение с каждой боковой стороны от центральной плоскости симметричного разреза центрального столбца с улучшением симметрии распределения нагрузки внутри основания 120. Несмотря на то, что показаны три центральных столбца, предпочтительный вариант реализации заготовки 100 может содержать любое количество центральных столбцов, которое образует номинальную ширину канала 150, образованного при нахождении ножек 125 и 135 в вертикальном положении. Ножки 125 и 135 могут быть перпендикулярны или не перпендикулярны основанию 120, или расположены под углом к нему.The blank 100 is improved compared to the known woven blanks in terms of providing a more symmetrical distributed intersection of the legs 125 and 135 with the base 120. The base 120 contains three central columns of base fibers and two dividing columns of base fibers adjacent to the central columns on each side of the central columns. Using an odd number of center columns allows you to weave essentially a mirror image on each side of the Central plane of the symmetric section of the Central column with improved symmetry of the load distribution inside the base 120. Despite the fact that three central columns are shown, the preferred implementation of the workpiece 100 may contain any number of central columns that forms the nominal width of the channel 150 formed when the legs 125 and 135 are in the vertical polo genius. The legs 125 and 135 may be perpendicular or not perpendicular to the base 120, or are located at an angle to it.

Для симметричной передачи нагрузок от ножек 125 и 135 основанию 120, таких как нагрузка от элемента (не показан), прикрепленного между вертикальными ножками 125 и 135, части волокон 114 утка, соединяющих ножки 125 и 135, разделены на группы из равного или, по существу, равного количества волокон. Каждая группа пересекается с основанием 120 между одним из разделительных столбцов и центральными столбцами, или между одним из разделительных столбцов и расположенным справа или слева боковым столбцом, смежным с указанным разделительном столбцом. Например, как показано на фиг.3, группа 29 проходит между слоями 2 и 4 ножки 125 и основанием 120, пересекая основание 120 между столбцами «с» и «а». Подобным образом, группа 31 пересекает основание 120 между столбцами «d» и «е», группа 33 пересекает основание 120 между столбцами «g» и «h», группа 37 пересекает основание 120 между столбцами «h» и «i». Следует заметить, что, несмотря на то, что на чертежах показана симметричная геометрия, способ согласно настоящему изобретению можно использовать также в производстве асимметричных конфигураций.For symmetrical transfer of loads from the legs 125 and 135 to the base 120, such as the load from an element (not shown) attached between the vertical legs 125 and 135, the parts of the weft fibers 114 connecting the legs 125 and 135 are divided into groups of equal or essentially equal amount of fibers. Each group intersects with a base 120 between one of the separation columns and the central columns, or between one of the separation columns and a side column to the right or left adjacent to the specified separation column. For example, as shown in FIG. 3, a group 29 extends between layers 2 and 4 of the legs 125 and the base 120, intersecting the base 120 between the columns “c” and “a”. Similarly, group 31 intersects the base 120 between the columns “d” and “e”, group 33 intersects the base 120 between the columns “g” and “h”, group 37 intersects the base 120 between the columns “h” and “i”. It should be noted that, despite the fact that the drawings show symmetrical geometry, the method according to the present invention can also be used in the production of asymmetric configurations.

Несмотря на то, что показано предпочтительное расположение приблизительно в центре заготовки 100, центральные столбцы 27 могут содержать столбцы волокон 116 основы, расположенные сбоку от центра заготовки 100. Например, столбцы «b», «с» и «d» могут содержать центральные столбцы, и столбцы «а» и «е» могут быть разделительными столбцами. Таким образом, ножки 125 и 135 смещают к внешнему краю основания 120, все еще обеспечивая симметрию в рисунке плетения основания 120 рядом со столбцами «b», «с» и «d» с обеспечением симметричного распределения нагрузки от ножек 125 и 135 к основанию 120. Сужения, такие как сужение 124 и сужение 126, образованы на наружном конце заготовки посредством отрезания волокон основы до длины, которая короче, чем длина волокон предыдущего слоя. Например, на фиг.3 показан слой 5, заканчивающийся на столбце «s», слой 6 заканчивается на столбце «t», слой 5 короче слоя 6 на одно волокно 116 основы. Подобным образом, слой 6 короче слоя 7, и данный рисунок повторяется для каждого смежного нижележащего слоя. Заготовка, содержащая суженные концы или в основании или в вертикальных ножках, обладает большей устойчивостью к действию поверхностных нагрузок, чем заготовка, в которой все слои волокон основы заканчиваются на одной длине. Кроме того, использование волокон меньшего размера для волокон основы с суженными концами обеспечивает более гладкий, более последовательный переход от заготовки к компоненту, с которым она соединена. Рисунок плетения, показанный на фиг.3, относиться к случаю с восемью слоями волокон 116 основы основания 120.Although a preferred arrangement is shown approximately at the center of the preform 100, the central columns 27 may contain columns of warp fibers 116 located to the side of the center of the preform 100. For example, columns “b”, “c” and “d” may contain central columns, and columns a and e may be dividing columns. Thus, the legs 125 and 135 are displaced to the outer edge of the base 120, while still providing symmetry in the weave pattern of the base 120 next to the columns “b”, “c” and “d” with a symmetrical load distribution from the legs 125 and 135 to the base 120 Constrictions, such as narrowing 124 and narrowing 126, are formed at the outer end of the preform by cutting the base fibers to a length that is shorter than the length of the fibers of the previous layer. For example, figure 3 shows a layer 5 ending in column “s”, layer 6 ends in column “t”, layer 5 is shorter than layer 6 by one base fiber 116. Similarly, layer 6 is shorter than layer 7, and this pattern is repeated for each adjacent underlying layer. A preform containing tapered ends either in the base or in the vertical legs is more resistant to surface loads than a preform in which all layers of the warp fibers end at the same length. In addition, the use of smaller fibers for tapered warp fibers provides a smoother, more consistent transition from the preform to the component with which it is connected. The weaving pattern shown in FIG. 3 relates to the case with eight layers of fibers 116 of the base 120.

На фиг.4 показана законченная тканая П-образная заготовка 100 с ножками 125 и 135 в вертикальном положении с образованным между ними каналом 150. Однако ножки 125 и 135 могут быть перпендикулярны или не перпендикулярны основанию 120, или расположены под углом к нему. Заготовка 100 выткана повторением полного рисунка плетения с образованием смежных вертикальных секций в продольном направлении заготовки 100. В процессе плетения образуют заготовку 100 непрерывной длины, которую затем обрезают до желательной длины для установки. Пример заготовки, образованной согласно изобретению, и сравнительная заготовка 10 известной конструкции с петлями 30 между вертикальными ножками показан на фиг.2а и 2b соответственно.Figure 4 shows a finished woven U-shaped blank 100 with legs 125 and 135 in an upright position with a channel 150 formed between them. However, legs 125 and 135 may be perpendicular or not perpendicular to base 120, or angled to it. The workpiece 100 is woven by repeating the complete weaving pattern to form adjacent vertical sections in the longitudinal direction of the workpiece 100. During the weaving process, a workpiece 100 of continuous length is formed, which is then cut to the desired length for installation. An example of a preform formed according to the invention and a comparative preform 10 of a known design with loops 30 between vertical legs are shown in FIGS. 2a and 2b, respectively.

В одном варианте реализации изобретения предложен способ плетения заготовки 200 с ножками 225 и 235, так что указанные ножки необязательно параллельны друг другу. Как показано на фиг.5а-5f, П-образная заготовка 200 образована с каналом 250 переменной ширины, т.е. ширина между вертикальными ножками переменна в продольном направлении заготовки. Канал 250 переменной ширины получен путем выборочного удаления некоторых волокон 116 основы из частей заготовки, образующих вертикальные ножки 225, 235 с одновременным добавлением волокон 116 основы к другим частям. Для того чтобы расширить канал волокна 216 основы удаляют у основания вертикальных ножек 225, 235 и добавляют у верхушки. Обратное действие может быть выполнено для уменьшения ширины канала 250.In one embodiment of the invention, a method for weaving a workpiece 200 with legs 225 and 235 is provided, so that said legs are not necessarily parallel to each other. As shown in FIGS. 5a-5f, the U-shaped blank 200 is formed with a channel 250 of variable width, i.e. the width between the vertical legs is variable in the longitudinal direction of the workpiece. A variable-width channel 250 is obtained by selectively removing some warp fibers 116 from parts of a preform forming vertical legs 225, 235 while adding warp fibers 116 to other parts. In order to expand the channel, the warp fibers 216 are removed at the base of the vertical legs 225, 235 and added at the apex. The reverse action can be performed to reduce the width of the channel 250.

На фиг.5а-5f показано перемещение канала, основанное на последовательности шагов. В данном частном случае ширина канала изменяется, например, в диапазоне 0,76-1,397 см (0,3-0,55 дюймов). На фиг.5а-5f показано сечение конфигурации волокон заготовки 200 перпендикулярно волокнам 216 основы. Кружками обозначены отдельные волокна 216 основы, путь непрерывного волокна 214 утка обозначен сплошной линией. Следует заметить, что большая часть волокон, образующих вертикальные ножки 225, 235, являются непрерывными вдоль всей длины заготовки 200. Прерываются только волокна 240, расположенные у краев. Данные волокна 240 удерживают на поверхности выше или ниже участка плетения заготовки 200, и отрезают после того, как заготовку удаляют с ткацкого станка. Различные виды П-образной заготовки переменной ширины, в которых используют конфигурацию переплетения слой-к-слою, и которые образованы согласно данному варианту реализации, показаны на фиг.6а и 6b соответственно до и после отрезания плавающих волокон 240,. Трассирующие стекловолокна 245 на этих чертежах обозначают границы между постоянной и переменной зонами поперечного сечения.5a-5f show channel movement based on a sequence of steps. In this particular case, the channel width varies, for example, in the range of 0.76-1.397 cm (0.3-0.55 inches). Figures 5a-5f show a cross-section through the configuration of the fibers of the preform 200 perpendicular to the warp fibers 216. Circles indicate individual warp fibers 216, the path of continuous weft fiber 214 is indicated by a solid line. It should be noted that most of the fibers forming the vertical legs 225, 235 are continuous along the entire length of the workpiece 200. Only the fibers 240 located at the edges are interrupted. These fibers 240 are held on a surface above or below the weave portion of the workpiece 200, and cut off after the workpiece is removed from the weaving machine. Various types of U-shaped blanks of variable width, which use a layer-to-layer weave configuration, and which are formed according to this embodiment, are shown in FIGS. 6a and 6b, respectively, before and after cutting of the floating fibers 240 ,. The fiberglass tracer 245 in these figures indicates the boundaries between the constant and variable cross-sectional zones.

Вертикальные ножки 225, 235 согласно данному варианту реализации могут быть сдвинуты практически к любому месту полки или основания 220, и крепятся к нему волокнами 214 утка. Однако положение должно ступенчато изменяться, причем минимальная ширина шага равна ширине одного столбца основы. В данном примере использовано бердо с 20 выемками с 20 волокнами основы на один дюйм (2,54 см), следовательно, минимальный шаг составляет 0,13 см (0,05 дюйма).The vertical legs 225, 235 according to this embodiment can be shifted to almost anywhere on the shelf or base 220, and are fastened to it by weft fibers 214. However, the position should change in steps, and the minimum step width is equal to the width of one base column. In this example, a reed with 20 recesses with 20 warp fibers per inch (2.54 cm) is used, therefore, the minimum pitch is 0.13 cm (0.05 inches).

Заготовка 200 может быть выткана с использованием любого подходящего рисунка плетения для волокон основы, т.е. переплетением слой-к-слою, угловым переплетением через толщину, ортогональным переплетением и т.д. В показанной на фиг.7 заготовке 200 канал 250 начинается в узкой конфигурации 230, а постоянное поперечное сечение выткано, например, шириной приблизительно 30,48 см (12 дюймов). Например, ширину канала 250 постепенно увеличивают до широкой конфигурации 255, с установлением широкой конфигурации 255 приблизительно на уровне в 20,32 см (8 дюймов), и затем постепенно уменьшают обратно до узкой конфигурации 230. Затем ткут узкое поперечное сечение, например, приблизительно шириной 30,48 см (12 дюймов). Закрытие перехода от узкой конфигурации 230 до широкой конфигурации 255 показано на фиг.7. Несмотря на то, что в настоящем описании представлено описание постепенного изменения ширины канала 250, изобретение не ограничивается этими конфигурациями. Ступенчатое изменение ширины канала 250 или зигзагообразная форма изменения ширины или их комбинации также входят в объем настоящего изобретения Например, изменение ширины канала 250 может быть комбинацией постепенного и ступенчатого изменений, или зигзагообразного и ступенчатого изменений, или постепенного и синусоидального изменений и т.д.The preform 200 can be woven using any suitable weave pattern for the warp fibers, i.e. layer-to-layer weaving, angular weaving through thickness, orthogonal weaving, etc. In the blank 200 shown in FIG. 7, the channel 250 begins in a narrow configuration 230 and a constant cross section is woven, for example, with a width of approximately 30.48 cm (12 inches). For example, the width of the channel 250 is gradually increased to a wide configuration of 255, with a wide configuration of 255 being approximately at the level of 20.32 cm (8 inches), and then gradually reduced back to a narrow configuration of 230. Then a narrow cross section is woven, for example, approximately of a width 30.48 cm (12 in.) Closing the transition from narrow configuration 230 to wide configuration 255 is shown in FIG. Although the present description describes a gradual change in the width of the channel 250, the invention is not limited to these configurations. A step change in the width of the channel 250 or a zigzag shape of the change in width or combinations thereof are also included in the scope of the present invention. For example, a change in the width of the channel 250 can be a combination of gradual and step changes, or zigzag and step changes, or gradual and sinusoidal changes, etc.

Кроме того, способ согласно настоящему изобретению может быть использован для создания форм с другим поперечным сечением, таких как заготовки, содержащие по меньшей мере три ножки, пересекающиеся с основанием. Кроме того, способ согласно настоящему изобретению может быть использован для плетения заготовок с ножками переменной толщины или переменной высоты, которые могут быть параллельными друг другу или расположенными под углом друг к другу по меньшей мере в одной плоскости.In addition, the method according to the present invention can be used to create forms with a different cross section, such as blanks containing at least three legs intersecting with the base. In addition, the method according to the present invention can be used to weave blanks with legs of variable thickness or variable height, which can be parallel to each other or located at an angle to each other in at least one plane.

Обычно заготовки вытканы с использованием волокон одного типа, например углеродных (графитовых) волокон, как для волокон основы, так и для волокон утка. Хотя заготовки могут быть сплетены гибридным рисунком плетения, в котором волокна сделаны из различных материалов, таких как углеродное волокно и стекловолокно. Использование таких рисунков может привести к созданию заготовок большей прочности, более низкой стоимости и с оптимизированными характеристиками термического расширения. Рисунки плетения содержат все волокна основы одного типа и все волокна утка другого типа, или рисунок плетения может содержать волокна основы и/или волокна утка поочередно меняющихся типов, расположенные, например, в шахматном порядке через все слои.Typically, blanks are woven using fibers of the same type, for example carbon (graphite) fibers, for both warp and weft fibers. Although the blanks can be woven with a hybrid weave pattern in which the fibers are made from various materials, such as carbon fiber and fiberglass. The use of such patterns can lead to the creation of blanks of greater strength, lower cost and with optimized thermal expansion characteristics. Weaving patterns contain all warp fibers of one type and all weft fibers of a different type, or weaving patterns may comprise warp fibers and / or weft fibers of alternating types, for example staggered across all layers.

Преимущества настоящего изобретения включают возможность плетения высокопрочной и простой в эксплуатации заготовки для сборки компонентов в структуры. Улучшенное соединение в рисунке плетения волокон основы каждого слоя и соединение слоев друг с другом, при том, что обеспечивается симметричное распределение нагрузок по всей заготовке. Благодаря нечетному количеству столбцов волокон основы в основании между ножками заготовки, рисунок плетения может быть зеркально отражен относительно плоскости симметрии. Однако это необязательно для реализации изобретения. Заготовка может иметь также асимметричную структуру с ножками одинаковой или неодинаковой длины, или четным количеством столбцов волокон основы в основании между ножками заготовки. Ножки могут быть параллельны друг другу или расположены под углом друг к другу, или между ними может быть канал переменной ширины. Предпочтительно, наружные концы основания и/или ножек выполнены в виде сужений, образованных из конечных слоев волокон основы, имеющих ступенчатый рисунок.Advantages of the present invention include the ability to weave a high strength and easy to use workpiece for assembling components into structures. Improved connection in the weaving pattern of the fibers of the base of each layer and the connection of the layers with each other, while providing a symmetrical distribution of loads throughout the workpiece. Due to the odd number of columns of warp fibers in the base between the legs of the workpiece, the weave pattern can be mirrored relative to the plane of symmetry. However, this is not necessary to implement the invention. The preform may also have an asymmetric structure with legs of the same or unequal length, or an even number of columns of warp fibers in the base between the legs of the preform. The legs can be parallel to each other or located at an angle to each other, or between them can be a channel of variable width. Preferably, the outer ends of the base and / or legs are made in the form of constrictions formed from the final layers of warp fibers having a stepped pattern.

Соответственно, в изобретении предложен другой способ и/или улучшенный способ создания трехмерных заготовок и/или армированных композитных структур с ножками необязательно параллельными друг другу, например вышеописанной П-образной заготовки с каналом переменной ширины, т.е. ширина которого между вертикальными ножками меняется в продольном направлении заготовки.Accordingly, the invention provides another method and / or an improved method for creating three-dimensional blanks and / or reinforced composite structures with legs optionally parallel to each other, for example, the U-shaped blank described above with a channel of variable width, i.e. the width of which between the vertical legs varies in the longitudinal direction of the workpiece.

Таким образом, благодаря настоящему изобретению указанные цели достигнуты и реализованы указанные преимущества. Несмотря на то, что в настоящем описании раскрыты и представлено подробное описание предпочтительных вариантов изобретения, объем изобретения этим не ограничен, так как объем изобретения определен прилагаемой формулой изобретения.Thus, thanks to the present invention, these objectives have been achieved and these advantages have been realized. Although the preferred description of the invention is disclosed and presented in detail in the present description, the scope of the invention is not limited thereto, since the scope of the invention is defined by the appended claims.

Claims

1. The method of forming a channel of variable width in a woven blank, according to which:
(a) take adjacent layers, each of which contains the base fibers parallel to each other and forming vertical columns;
(b) weave the weft fibers with layers of warp fibers to form a base and at least two legs extending from the base, the weft fibers connecting the warp layers, the layers of each of the legs and the warp fibers within each layer, and according to the method further
(c) at least one base fiber is selectively removed from the first part of the preform forming the first leg, and at least one base fiber is added to the part of the preform forming the second leg of the preform, with an increase in the width of the channel formed between the at least two legs, and / or selectively add at least one base fiber to the specified first part of the preform and at the same time remove at least one base fiber from the part of the preform forming the second leg of the preform, with a reduction in width ins channel formed between said at least two legs.

2. The method according to claim 1, in which the columns of the warp fibers include central columns of warp fibers located between the weft fibers connecting one of the legs to the base and the weft fibers connecting the other leg to the base, the number of these central columns being odd, and they provide an essentially mirror-like weave pattern relative to the central plane of symmetry of the workpiece.

3. The method according to claim 1, in which the columns of the warp fibers include central columns of warp fibers located between the weft fibers connecting one of the legs to the base and the weft fibers connecting the other leg to the base, the number of these central columns being even, and they provide a substantially asymmetric weave pattern relative to the central plane of symmetry of the workpiece.

4. The method according to claim 2, in which the columns of the warp fibers include dividing columns of the warp fibers adjacent to opposite sides of the central columns, each dividing column separating parts of the weft fibers into two groups, the first of which extends between the base and the leg from the place between a set of center columns and an adjacent dividing column, and the second of which extends between the dividing column and the columns located to the side outside the dividing column.

5. The method according to claim 3, in which the columns of the warp fibers include dividing columns of warp fibers adjacent to opposite sides of the central columns, each dividing column separating parts of the weft fibers into two groups, the first of which extends between the base and the leg from the place between a set of center columns and an adjacent dividing column, and the second of which extends between the dividing column and the columns located to the side outside the dividing column.

6. The method according to claim 1, in which the base contains more layers than each of the legs, or vice versa.

7. The method according to claim 1, in which the ends of the base and / or legs are made narrowed.

8. The method according to claim 1, in which the legs are perpendicular or not perpendicular to the base or are located at an angle to it.

9. A woven blank with a channel of variable width, containing:
adjacent layers, each of which contains warp fibers parallel to each other and forming vertical columns;
weft fibers interwoven with layers of warp fibers to form a base and at least two legs extending from the base, the warp and each leg being formed by at least two layers of warp fibers, and weft fibers connect the base layers, the layers of each of the legs and the warp fiber in each layer, and the woven blank further comprises
a channel formed between said at least two legs and having a variable width in the longitudinal direction,
moreover, in said woven preform, at least one warp fiber is selectively removed from the first part of the preform forming the first leg, and at least one warp fiber is added to the part of the preform forming the second leg of the preform, with an increase in the width of the channel formed between the at least at least two legs and / or at least one warp fiber is selectively added to said first part of the preform and at least one warp fiber is removed from the part of the preform forming the second the leg of the workpiece, with a decrease in the width of the channel formed between the at least two legs.

10. The preform according to claim 9, in which the columns of the warp fibers include central columns of warp fibers located between the weft fibers connecting one of the legs to the base and the weft fibers connecting the other leg to the base, and the number of these central columns is odd, and they provide an essentially mirror-like weave pattern relative to the central plane of symmetry of the workpiece.

11. The preform according to claim 9, in which the columns of the warp fibers include central columns of warp fibers located between the weft fibers connecting one of the legs to the base and the weft fibers connecting the other leg to the base, the number of these central columns being even, and they make it possible to obtain a substantially asymmetric weaving pattern with respect to the central plane of symmetry of the workpiece.

12. The blank of claim 10, in which the columns of the warp fibers include dividing columns of the warp fibers adjacent to opposite sides of the central columns, each dividing column separating the weft fiber parts into two groups, the first of which extends between the base and the leg from the place between a set of center columns and an adjacent dividing column, and the second of which extends between the dividing column and the columns located to the side outside the dividing column.

13. The preform according to claim 11, in which the columns of the warp fibers include dividing columns of the warp fibers adjacent to opposite sides of the central columns, each dividing column dividing the weft fibers into two groups, the first of which extends between the base and the leg from the place between a set of center columns and an adjacent dividing column, and the second of which extends between the dividing column and the columns located to the side outside the dividing column.

14. The workpiece according to claim 9, in which the base contains more layers than each of the legs, or vice versa.

15. The workpiece according to claim 9, in which the ends of the base and / or legs are made narrowed.

16. The workpiece according to claim 9, in which the legs are perpendicular or not perpendicular to the base or are located at an angle to it.